摘 要：本文介紹了基于給煤機的工藝過程設計出給煤機的控制系統(tǒng)。文中說明了該系統(tǒng)如何使用控制器、變頻器及PLC實現(xiàn)對給煤機給煤量的精確控制。經(jīng)應用證明該系統(tǒng)具有很好的控制性和可靠性。
關鍵詞：給煤機；控制器；變頻器；PLC

1. 引言

給煤機是煉鐵廠中重要動力設備, 主要任務是均勻、連續(xù)、定量地給煤到磨煤機中, 并且可以在輸送過程中對煤連續(xù)稱重, 同時根據(jù)燃燒系統(tǒng)需求的煤量信號, 隨時調(diào)節(jié)給煤量。電子稱重式給煤機控制柜是武鋼煉鐵廠煙煤一期給煤機的配套控制設備，在整個給煤機的運行、維護過程中，起著重要作用。給煤機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)在運行過程中對燃煤進行精確計量，并根據(jù)人工設定值和燃燒控制系統(tǒng)的反饋信息控制給煤率，自動調(diào)整皮帶的行進速度，


圖1 給煤機控制系統(tǒng)工藝圖
以調(diào)節(jié)給煤量，使輸送入鍋爐的燃煤與所需燃料相匹配，從而達到理想的經(jīng)濟效益及管理效果。圖1為給煤機控制系統(tǒng)工藝圖。從煤倉原煤斗，經(jīng)原煤斗閥門，落至傳送皮帶上的煤，通過皮帶輸送至落煤斗，再經(jīng)落煤斗閥門控制，落入磨煤機中。

2. 給煤機控制系統(tǒng)的設計

2.1 給煤機控制系統(tǒng)的工作原理

給煤機控制系統(tǒng)的工作原理是測量皮帶上單位長度的煤重q（kg/m）和皮帶的行進速度V（m/s），兩者相乘得出實際的給煤率。把實際的給煤率對時間t（s）進行積分,得到實際的給煤量。控制器不斷將實際的給煤率與人工鍵入或遠距離遙控輸入的4～20mA 給煤率的設定值相比較后經(jīng)PID 運算,自動調(diào)節(jié)輸送皮帶速度,達到精確的給煤率。

如圖2 所示給煤量：


其中：t0，t1是煤從輸送皮帶X0到X1通過的時間；q·v 為給煤率。


圖2 稱重原理圖
2.2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

本控制系統(tǒng)的硬件設備主要由西門子S7-300的PLC，富士變頻器FRN3.7G11S-43.7KW，MT2105數(shù)字型給料機控制器，重量檢測機構(gòu)，給煤機馬達轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)及各種執(zhí)行機構(gòu)等組成。控制系統(tǒng)各主要組成結(jié)構(gòu)間的接口及信號傳送如圖3所示：

圖3. 控制系統(tǒng)各主要組成結(jié)構(gòu)間的接口及信號傳送情況
本控制系統(tǒng)的核心是拉姆齊2105給煤機控制器，是專用于稱重皮帶給料機的。它內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器可以根據(jù)設定的給煤率給定值。由圖3可知，控制器發(fā)出皮帶速度給定信號給變頻器的端口11、12、13來調(diào)節(jié)皮帶驅(qū)動電機的速度，并對給煤控制系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)（如給煤量，給煤率等）進行計量、統(tǒng)計，并顯示出來方便使用。

變頻器主要用于各種變頻調(diào)速驅(qū)動裝置，尤其適用于水泵、風機和傳送皮帶系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。它具有模塊化的設計。操作面板和通訊模塊可以不使用任何工具，非常方便的進行更換。變頻器接收到給煤機控制器的4～20mA速度給定信號后，根據(jù)該信號來相應調(diào)節(jié)皮帶驅(qū)動電機的運行速度，以達到調(diào)節(jié)給煤率的目的。同時，根據(jù)萬能轉(zhuǎn)換開關的狀態(tài)信號及PLC的皮帶啟/停信號，發(fā)出其工作/故障信號給PLC。

本系統(tǒng)采用的西門子S7-300系列PLC，圖3中只將PLC與變頻器及控制器間的信號傳送情況畫出。它有30個輸入點，24個輸出點。PLC程序根據(jù)輸入的各控制信號做出相應的輸出給控制器、變頻器、繼電器等其他器件。具體的程序設計思想可見文中3.2部分。

2.3 系統(tǒng)的工作方式（結(jié)合WZK1）

該系統(tǒng)有五種工作方式即萬能轉(zhuǎn)換開關WZK1的五種狀態(tài)：備用（就地備用手操），手操（遠方手操），運行（就地運行），遙控（遠方遙控），停止（就地）。下面將其中的幾種工作方式進行詳細的介紹：

（1） 就地備用手操及遠方手操

當給煤機控制系統(tǒng)中的PLC或者計值器失效時，可使用控制柜面板上的電位器（萬能轉(zhuǎn)換開關WZK1撥到“備用”位置）或集控室給定的4～20MA電流信號（萬能轉(zhuǎn)換開關WZK1撥到“手操”位置）直接調(diào)節(jié)皮帶速度。此時控制柜的控制系統(tǒng)脫離控制。

（2） 就地運行

當集控室發(fā)出一個給煤機啟動信號且控制柜急停按鈕沒有按下，也無保護停機信號時，給煤機將被啟動，然后判斷是就地方式或是遠方方式進入不同的運行方式。

（3） 遠方遙控方式

遙控方式是給煤機控制系統(tǒng)主要的工作方式，所謂的“遙控”是相對集控室而言，也就是說給煤機在該工作方式下接受來自集控室的控制信號實現(xiàn)煤量控制，控制信號主要有給煤機的啟動停止信號和請求給煤率信號。當操作人員選擇“遙控方式”時，給煤機按用戶請求的給煤率實現(xiàn)恒流量控制。

（4） 停止方式

使給煤機停止工作，有兩種方式：其一，就是正常停機，集控室發(fā)出一個給煤機停止信號逐漸停皮帶，給煤率逐漸降為零，停清掃鏈，進入停機態(tài)；其二就是急停，當系統(tǒng)出現(xiàn)報警或緊急狀況時，按下控制柜上的“急停”按鈕，則給煤機上的截門被關上。

3. 控制系統(tǒng)的控制流程

程序設計的基本思想如圖4所示：


圖4.控制系統(tǒng)程序流程圖
4. 結(jié)論

電子稱重式給煤機控制柜是武鋼煉鐵廠煙煤一期給煤機的配套控制設備，在整個給煤機的運行、維護過程中，起著重要作用。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)在運行過程中對燃煤進行精確計量，并使輸送入鍋爐的燃煤與所需燃料相匹配，從而達到理想的經(jīng)濟效益及管理效果。本系統(tǒng)采用最新的、先進的控制設備，使控制系統(tǒng)具有良好的設備完好率和使用率，從而確保生產(chǎn)線的正常、安全運行。

參考文獻：
[1] 魏勤華.鍋爐給煤機微機控制系統(tǒng)簡介.電站輔機，1996（1）37-39
[2] 吳恒運.稱重式給煤機的運行及標定.熱力發(fā)電，1996（2）21-24
[3] 西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子S7-300PLC[M] .北京：北京航空航天大學出版社，2004.199-211.
[4] 尹 松.自動稱重控制給煤機在大港電廠的應用.自動化儀表，1996（17）27-29
[5] 王勁松 稱重式給煤機的運行及標定.熱力發(fā)電，1996（2）21-24
[6] 廖常初.S7-300/400PLC應用技術(shù)[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2005.18-38.
[7] 顧戰(zhàn)松，陳鐵年.可編程控制器原理與應用.國防工業(yè)出版社.1999，8
[8] 吳中俊，黃永紅.可編程控制器原理與應用.機械工業(yè)出版社.2005，1